防腐阻燃水性聚氨酯的研究

Oksana Grigoreiva等人於 2004 年通過機械剝離的方法發現石墨烯，自此人們對石墨烯及其中間產物氧化石墨烯（GO）的關注日益增加。GO 的結構與石墨烯相似，但在其邊緣存在含氧官能團，其中羧基、羥基較多。GO 具有較大的理論表面積，含氧基團的存在可以使其與水形成穩定的水性膠體，還使其能夠與親水性樹脂基體直接複合。國內外出現很多通過將GO加入聚丙烯酸酯、聚氨酯中進行改性的研究，結果表明，通過 GO 改性的複合材料的熱穩定性和力學性能提高。近年來，無滷本質阻燃水性聚氨酯的研究成為焦點，其中大多研究以無滷阻燃劑作為軟段或者硬段擴鏈劑對聚氨酯進行化學阻燃改性。這種方法在一定程度上提高了水洗聚氨酯的阻燃性，且環保，但由於阻燃劑尤其是含磷阻燃劑的熱分解溫度低，在一定程度上影響了聚氨酯材料的熱穩定性。在現有研究的基礎上，以FRC-6作為硬段擴鏈劑合成 FPU 預聚體，並採用改進的 Hummers 法製備 GO，利用 GO 結構中的羥基等與異氰酸根反應，使 GO 在乳化階段實現對FPU 進行後擴鏈改性。本技術工藝簡單，但效果顯著，改善和提高了水性聚氨酯材料的熱穩定性、阻燃性以及 耐腐蝕性等性能，擴大了水性聚氨酯在塗層領域的應用範圍。

水性聚氨酯樣品

研究實驗後結論如下：

（1）GO 對阻燃水性聚氨酯材料的接枝率在85%以上，且 GO 改性後，乳液的平均粒徑增加（84~90μm），黏度降低（9~16 mPa·s）。

（2）GO的質量分數為 0.4%時，材料的耐腐蝕電位增大到76 mV，表明材料具有良好的耐腐蝕性。

（3）TG 分析發現，GOFPU 的初始熱分解溫度增大，熱穩定提高，殘炭率增加。

（4）阻燃性測試發現，GO 的質量分數為 1%時，材料的阻燃性最強，LOI 值為 30.5%，UL-94 測試結果達到v-0級。

（5）GO 的加入提高了複合材料的耐腐蝕性、熱穩定性、阻燃性。